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LF精炼过程的钢水温度控制1前言：近年来,随着洁净钢冶炼技术的发展,LF作为主要的炉外精炼手段,在洁净钢冶炼过程中得到了广泛应用,其生产技术也在不断地完善和发展。
同电弧炉相比,LF的熔池要深得多,为了保证连铸的生产顺行,LF冶炼过程的温度控制是其主要冶炼目标之一,因此其加热过程的温度控制显得非常重要。
本文在分析LF炉能量平衡的基础上,进行了LF精炼过程温度控制工业试验,对实现LF炉内钢液处理温度的合理控制有着重要意义。
2影响LF冶炼过程钢水温度变化的因素2 .1由于LF化学反应热效应很小,可以忽略不计,因此为LF炉提供的能量只有从变压器输出的电能,即变压器的有功功率e。
变压器二次侧输出的电能,一部分功率被线路上存在的电阻消耗掉,称之为线路损失的功率r,另一部分转变为电弧热量即电弧功率arc。
由电弧产生的热能arc 一部分传给熔池(炉渣和钢水),另一部分损失掉,传递给包衬和水冷包盖ar。
而电弧电能传给熔池的比例主要取决于电弧埋入炉渣的深度。
进入熔池的热量ab又可分为三大去向。
第一部分用于钢水和炉渣的加热升温所需热量m和渣料及合金熔化升温所需热量ch,两者之和即为加热熔池的热量bath。
第二部分是指通过包衬损失的热量ls,其中又分成两部分,一部分热量成为包衬耐火材料的蓄热ln而使包衬温度升高,另一部分是由包壳与周围大气的热交换而损失的热量shell。
第三部分热量是通过渣面损失的热量sa,其中一部分是通过渣面的辐射和对流传热的热损sl,另一部分是由熔池内产生的高温气体通过渣面排走的热量g。
上述分析可以清楚地表LF炉能量的输入和输出及其分配关系。
在LF炉的操作过程中,由于上述因素相互作用、相互影响,因此,其实际的温度控制较为复杂。
3 LF炉温度控制试验3. 1试验内容为了实现LF炉稳定的温度控制,首先根据150tLF炉的供电系统特点及电阻与电抗值,结合电、热参数绘制出不同电压下“电热特性曲线”,根据理论计算确定的工作点,对Q235A钢种进行了LF炉冶炼试验,试验安排及结果见表1。
LF精炼过程钢中硫、磷、氮、氧含量控制作者：钱丹丹陈志月闫若璞来源：《中国科技博览》2016年第07期[摘要]将转炉、平炉或电炉中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫“二次炼钢”。
炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。
初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。
精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。
这样将炼钢分两步进行，可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。
[关键词]LF精炼脱硫脱磷氮、氧含量 s非金属夹杂物中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0277-011.引言：钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量。
硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫做热脆性。
磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫做冷脆性。
通常情况下，氮被视为钢中的有害元素，而氧元素主要以氧化物系非金属夹杂物的形式存在于钢中。
减少LF 炉精炼工艺过程钢液增氧、去除钢中氢含量是生产优质钢的关键环节。
此外，控制钢中夹杂物是提高钢材使用性能的有效途径。
2.转炉LF精炼脱硫与脱磷2.1脱硫2.1.1脱硫方法硫是钢中的长存元素之一，它会使大多数钢种的加工性能和使用性能变坏，因此除了少数易切削钢种外，它是需要在冶炼中脱除的有害元素。
硫在钢中以[FeS]形式存在，常以[S]表示。
钢中含锰高时，还会有一定的[MnS]存在。
目前炼钢生产中能有效脱除钢中硫的方法有碱性氧化渣脱硫、碱性还原渣脱硫和钢中元素脱硫三种。
2.1.2 脱硫影响因素脱硫影响因素与碱性氧化渣脱硫不同，LF碱性还原渣脱硫反应方程式为：[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）（1） [MnS]+（CaO）=（CaS）+（MnO）（2）由于钢中的[S]大部分以[FeS]形式存在，因此脱硫反应主要以式（1）为主。
LF精炼知识1.炉外精炼发展历程♦20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸。
1933年，法国佩兰(R.Perrin)应用高碱度合成渣，对钢液进行“渣洗脱硫”—现代炉外精练技术的萌芽;♦50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破,发明了钢包提升脱气法(DH）及循环脱气法（RH)♦1935年H。
Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的—氢脆.♦1950年，德国Bochumer Verein (伯施莫尔—威林)真空铸锭.♦1953年以来，美国的10万千瓦以上的发电厂中，都发现了电机轴或叶片折损的事故。
1954年,钢包真空脱气.♦1956年，真空循环脱气（DH、RH).♦60－70年代,高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法♦60、70年代是炉外精炼多种方法分明的繁荣时期♦与60年代起纯净钢生产概念的提出、连铸生产工艺稳定和连铸品种扩大的强烈要求密切相关♦此时，炉外精炼正式形成了真空和非真空两大系列不同功能的系统技术，同时铁水预处理技术也得到迅速发展，它和钢水精炼技术前后呼应，经济分工,形成系统的炉外处理技术体系，使钢铁生产流程的优化重组基本完成。
♦这个时期,还基本奠定了吹氩技术作为各种炉外精炼技术基础的地位和作用.♦这一时期发展的技术：VOD－VAD、ASEA－SKF、RH－OB、LF、喷射冶金技术（SL、TN、KTS、KIP）、合金包芯线技术、加盖和加浸渍罩的吹氩技术（SAB、CAB、CAS）♦80－90年代，连铸的发展,连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接，RH－KTB、RH－MFP、RH－OB；RH－IJ（真空深脱磷）,RH－PB、WPB（真空深脱硫）、V－KIP、SRP脱磷♦21世纪,更高节奏及超级钢的生产。
2.炉外精炼作用和地位♦提高冶金产品质量，扩大钢铁生产品种不可缺少的手段;♦是优化冶金生产工艺流程,进一步提高生产效率、节能强耗、降低生产成本的有力手段.♦保证炼钢－连铸－连铸坯热送热装和直接轧制高温连接优化的必要工艺手段♦优化重组的钢铁生产工艺流程中独立的，不可替代的生产工序图1 取样器示意图3. LF 精炼工艺优点● 精炼功能强,适宜生产超低硫、超低氧钢;● 具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；● 具备搅拌和合金化功能,易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；● 采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低;● 设备简单,投资较少。
二次淬火温度二次淬火温度是钢材制造中的一个特殊工艺，通常被称为“回火”。
它是将热处理过的钢材进行再次处理以确定其最终硬度和强度的一种工艺。
回火的过程是将钢材加热到特定温度并保温一定时间，在适当条件下降温，从而改善其性能。
二次淬火温度的作用回火的目的是为了提高钢材的韧性，同时减少其硬度。
在制造高强度钢时，一开始的淬火过程可以使钢材获得较高的硬度，但这种硬度会减少钢材的韧性，因此需要进行回火以调整硬度和韧性的平衡。
这样，钢材可以在受到强烈冲击时不容易破裂。
另一方面，回火在改善钢材的加工性能方面也起着重要的作用。
如果钢材的硬度过高，它将变得脆弱且难以加工。
回火温度对钢材性能的影响回火温度是影响钢材性能的关键因素之一。
不同的回火温度可以产生不同的硬度和韧性。
通常，在正常条件下，回火温度为200℃至700℃，保温时间为1到3小时。
当回火温度低于200℃时，硬度会大大增加，这可能会降低钢材的韧性。
但是，当回火温度达到700℃时，钢材变得软化，硬度和强度下降，但韧性提高。
热处理钢材的目标是要保留合适的硬度和韧性以满足不同的使用需求。
为了实现这一目标，需要选择最适合钢材的回火温度。
这个温度取决于钢材的成分、形状和应用场合等因素。
回火温度的选择还要考虑钢材的用途。
例如，频繁受到强烈冲击的机械零件需要高韧性，因此需要选择较高的回火温度以降低钢材的硬度。
但是，在制造切削刀具和工装的过程中，需要选择较低的回火温度以提高硬度和耐磨性。
总之，对于任何给定的钢材，回火的选择是一个复杂的过程，需要涉及多种因素。
回火最终的目的是提高钢材的强度和韧性，以及改善其加工性能。
下一次淬火的温度取决于这些要素如何平衡。
炉外精炼工：初级炉外精炼工试题预测1、判断题电弧加热是得到广泛应用的最理想的加热方式之一。
（）正确答案：错2、填空题RH真空室的插入管分为上升管和（）。
正确答案：下降管3、填空题转炉炼钢所用的冷却剂主要（江南博哥）是：废钢、（）、球团矿、氧化铁皮等。
正确答案：矿石4、填空题气体搅拌对钢液的调温效果主要体现在（）。
正确答案：冷却钢液5、单选CAS-OB吹氧升温过程会使钢水硅含量（）。
A.提高B.降低C.保持不变正确答案：B6、填空题RH脱碳处理要求（）。
正确答案：钢包无残钢残渣7、判断题RH处理过程中合金加入的种类及数量不会对处理过程的温降速度产生影响。
（）正确答案：错8、单选一般RH精炼用合金的粒度以（）为宜。
A.＜3mmB.3mm～5mmC.＞15mm正确答案：B9、单选所谓浇铸温度，是指（）内钢水的温度。
A.盛钢桶B.中间包C.结晶器正确答案：B10、填空题采用RH处理工艺可利用一较小的真空设备，分批处理（）。
正确答案：大量钢液11、填空题钢和铁都是以（）为基体，含有碳、硅、磷、硫、锰等五大元素的铁碳合金。
正确答案：铁12、填空题对绝大多数钢种来说，磷都是一种有害元素，它会导致钢材的（）性。
正确答案：冷脆13、填空题考虑到互换性，一般真空的（）和（）内径相同。
正确答案：上升管；下降管14、填空题氮主要以（）的形式存在于钢中，钢中的氮可使钢材产生时效脆化，使钢材的冲击韧性降低。
正确答案：化合物15、单选下列精炼方法中，具备加热功能的是（）。
A.RHB.DHC.RH-OB正确答案：C16、问答题RH能起什么精炼效果？正确答案：RH主要起真空脱气作用，同时起均匀成份和温度作用；也可以在精炼过程微调成份，还可与吹氧加热、脱碳、喷粉等手段结合取得更广泛的精炼效果。
17、问答题RH真空脱气法有哪些精炼功能？正确答案：（1）去除钢中的气体，即氮、氢、氧；（2）合金化，微调钢液成份；（3）均匀钢液成份和温度；（4）脱硫，去除夹杂物，提高钢液纯净度；（5）脱碳。
技能认证炼钢工知识考试(习题卷53)第1部分：单项选择题，共35题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。
1.[单选题]在选择耐火材料时，首先要了解( )。
A)化学成分B)耐火度C)抗渣性答案:A解析:2.[单选题]砌筑于钢包渣线部位的主要耐火材料为( )。
A)粘土砖B)蜡石砖C)镁碳砖答案:C解析:3.[单选题]浇注铸件时，内浇道至外浇口液面的高度与内浇道以上铸件高度之差，称为( )。
A)剩余压力头B)抬型压力头C)静压力答案:A解析:4.[单选题]用作增碳剂的主要是( )。
A)中碳石墨B)高碳鳞片石墨C)低碳鳞片石墨答案:A解析:5.[单选题]下面几个元素，( )在钢中是无害元素。
A)磷B)硫C)钒答案:C解析:6.[单选题]回磷的现象是由( )引起。
A)高温B)低温C)与温度无关答案:A解析:7.[单选题]碳熔解在γ-Fe中形成的间隙固溶体是（ ）C)渗碳体D)珠光体答案:B解析:8.[单选题]下列产品不属于型材的是（）。
A)角钢B)带钢C)螺纹钢D)工字钢答案:B解析:9.[单选题]金属材料在加工过程中显示出来的有关性能，称为金属的( )。
A)工艺性能B)物理性能C)机械性能D)化学性能答案:A解析:10.[单选题]不是活性石灰特点的是 （ ）A)气孔率高B)比表面大C)晶粒细小D)晶粒粗大答案:D解析:11.[单选题]顶吹转炉炼钢熔池内升温较快的是在____。
A)前期B)中期C)后期D)未期答案:B解析:12.[单选题]铁水中 C Si P等元素的含量较高时，有利于提高硫在铁水中的( )。
A)溶解度B)自由能C)分解压D)活度系数答案:D解析:13.[单选题]镇静钢、半镇静钢和沸腾钢的主要区别在于( )。
A)脱氧工艺不同B)脱氧剂用法不同C)脱氧程度不同解析:14.[单选题]( )是轻烧白云石的主要成分。
A)CaF＜sub＞2＜/sub＞B)MgO、CaOC)CaOD)Fe＜sub＞2＜/sub＞O＜sub＞3＜/sub＞答案:B解析:15.[单选题]P在钢中的存在形式是 。
二次精炼渣钢反应及成渣热对钢液温度的影响李晶傅杰王平黄成钢李铮易继松摘要通过现场实验，分阶段定量分析了出钢至出VD过程，渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响。
结果表明，这两种热对钢液温降的影响极小，完全可以忽略。
关键词LF VD 渣钢反应热成渣热Effect of Slag-Steel Reacting Heat and Slag Forming Heaton Liquid Steel Temperature during Secondary RefiningLi Jing, Fu Jie and Wang Ping(University of Science and Technology, Beijing 100083)Huang Chenggang, Li Zhen and Yi Jisong(Daye Special Steel Corp Ltd)Abstract Based on the experiment in practice, the slag-steel reacting heat and slag forming heat have been analyzed quantitatively at different stag from tapping to end of VD process. The results showed that the slag-steel reacting heat and slag forming heat could be ignored, of which the effect on liquid steel temperature decrease wasn't appreciable.Material Index Ladle Furnace, Vacuum Degassing, Slag-Steel Reaction Heat, Slag Forming Heat钢液温度是保证工艺顺行及钢材质量的重要因素。
尤其二次精炼的发展以及它在炼钢生产中的作用日益显著，钢液温度的控制越显其重要性。
影响钢液温度的因素较多［1］，但一般研究认为渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响较小而忽略。
本文通过现场实验，分析了出钢至出VD 整个过程渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响，以定量了解渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响程度。
1 电炉钢生产工艺流程目前电炉配LF/VD的生产工艺如下：电炉出钢→钢包吹氩→入LF→送电加热→测温取样→钢液成分微调→加热升温→钢包停氩开出LF→入VD真空处理→真空结束→钢包吊至连铸台2 现场实验及渣中氧化物、钢中元素的变化进行了10多炉生产实验，各炉次不同阶段渣中氧化物及钢中元素含量的变化基本相同。
如炉次7D2631，渣中各组份的变化(见图1)，钢中元素含量的变化(见图2)。
图1 不同阶段渣中组分的含量Fig.1 Slag composition in different perio图2 不同阶段钢中各元素含量Fig.2 Element content in steel in different period3 成渣热及渣钢反应热对钢液温度的影响生成的氧化物在形成炉渣的过程中要放热，炉渣形成时伴随有许多未被充分研究的物理化学过程，所以准确地确定成渣热较为困难，现假定以下条件做近似处理［2］：(1) 如果氧化物与熔渣其它组份没有或强或弱的化学作用，则任一液态氧化物在同一温度下转入熔渣时不发生热效应；(2) 在炉渣组份间进行化学反应的情况下，液体氧化物向熔渣转化热等于化合物形成的热效应。
由于炉渣的组成不一，所以炉渣的生成热不一。
对于LF/VD过程，其脱氧良好，除了用Al脱氧生成Al2O3氧化物外，其它形式的氧化物极少。
其主要的成渣反应为：Al2O3+CaO=CaO.Al2O3以7D2631为例，将出钢至VD过程分出钢至LF、LF喂铝后10 min 内、LF喂铝后至出LF、VD 4个阶段分析成渣热及渣钢反应热对钢液温度的影响。
本炉次钢液重量为65.5 t，渣量进入LF为900 kg。
假定加入的渣料全部进入渣中。
3.1 出钢至LF过程出钢至LF过程，加80 kg Si-Al-Fe脱氧，加脱S剂10包、萤石50 kg脱S，高碳铬铁1 190 kg、Si-Mn130 kg、Fe-Si 100 kg调整钢液成分，渣中的SiO2、Al2O3、MgO、TiO2、Cr2O3升高(如图1)，钢中的Si、Mn、［Al］、Cr也升高(如图2)。
说明Si、Al、Cr一部分与氧反应，生成的氧化物进入渣中，另一部分进入钢液中。
加入的Si-Al-Fe与渣中的FeO、MnO反应，使渣中的MnO、FeO降低，钢中的Mn增加。
其反应为：Al+3/2(FeO)=3/2Fe+1/2(Al2O3) (1)ΔH=-440.45 kJ/mol Al［3］Al+3/2(MnO)=3/2［Mn］+1/2(Al2O3) (2)ΔH=-447.15 kJ/mol Al［3］Si+2(FeO)=2Fe+(SiO2) (3)ΔH=-375.56 kJ/mol Al［3］Si+2(MnO)=2Mn+(SiO2) (4) ΔH=-92.53 kJ/mol Al［3］本炉次渣中Al2O3增加8.02%，相当于增加了72.2 kg Al2O3,也即有1415.7 mol的Al与渣中的氧或钢中的氧反应，假定Al首先与渣中的FeO、MnO反应，剩余的MnO与Si反应。
渣中FeO的减少量为7.51%，相当于625.9 mol的Al与其反应，产生的热量可使钢液升温5.1 ℃。
渣中MnO的减少量为291.5 mol，此反应产生的热使60 t钢液升温2.6 ℃。
渣中MgO升高，是由于钢包衬中的MgO进入渣中。
这些氧化物进入炉渣的过程中有可能进行以下反应：2SiO2+Al2O3=Al2O3.2SiO2(5)成渣热： 1 196.5 kJ/kg渣［4］MgO+Al2O3=MgO.Al2O3(6)成渣热： -497.4 kJ/kg渣［4］MgO+SiO2=MgO.SiO2(7)成渣热： 471.2 kJ/kg渣［4］生成Al2O3.2SiO2的成渣热最大，假定升高的SiO2全部与Al2O3生成Al2O3.2SiO2,能使钢液温降1.7 ℃。
由此可见，出钢至LF过程渣钢反应热和成渣热使钢液升温值不超过9.4 ℃，此过程时间为12 min,相对出钢温降［5］极小。
3.2 LF喂Al前后LF喂Al后4～5 min内，假定铝喂入钢液后迅速溶于钢液，在脱除钢液溶解氧的同时铝与渣中SiO2、MnO、Cr2O3反应，使渣中SiO2、MnO、Cr2O3减少，钢中Si、Mn、Cr由图2看似乎没有变化，实际上是增加的，只不过增加量少，TCa 增加，是由于为脱S需要，加入CaO和CaF2的原因。
渣-钢反应为(1)、(2)及以下2个反应：Al+3/4SiO2=3/4［Si］+1/2Al2O3(8)ΔH=-158.68 kJ/mol Al［3］Al+1/2Cr2O3=［Cr］+1/2Al2O3(9)ΔH=-272.14 kJ/mol Al［3］根据上述同样的方法，可计算出以上反应，分别使钢液升温0.13 ℃、0.45 ℃、0.4 ℃、1.1 ℃。
成渣反应有：xCaO+yAl2O3=xCaO.yAl2O3(10)成渣热 627 kJ/kgCaO［2］经计算此反应使钢液升温2.1 ℃。
此阶段使钢液升温4.18 ℃。
3.3 LF喂Al后至出LF炉此过程由于加入了硅铁56 kg，高碳铬铁300 kg增加了钢中的Si、Cr,同时Si可能有极少部分与渣中的FeO反应，使渣中的SiO2增加，渣中的Al2O3增加，同时渣中的MgO继续升高。
钢中的酸溶Al减少，是由于钢水的二次氧化、夹杂上浮、与渣中的FeO、MnO、Cr2O3反应，最后一点可从渣中的TFe 、MnO、Cr2O3降低得到证实。
渣钢反应有：(1)，(2)，(8)，(9)，分别使钢液升温3.17 ℃、0.67 ℃、2.01 ℃、0.39 ℃。
成渣反应有：MgO+Al2O3=MgO.Al2O3(11)成渣热 -497 kJ/kg［4］MgO+SiO2=MgO.SiO2(12)成渣热 471 kJ/kg［4］CaO+SiO2=CaO.SiO2(13)成渣热 219 kJ/kg［4］反应(13)中的CaO的量只能与SiO2结合成CaO.SiO2。
以上反应分别使钢液升温0.4 ℃、 -0.7 ℃、-0.4 ℃。
此阶段渣钢反应热和成渣热使钢液升温 5.54 ℃，过程时间为73 min，升温速度为0.075 ℃/min。
相对60 t钢包钢液平均温降1.5 ℃/min［6］及加热速度大于2 ℃/min是较小。
3.4 VD过程VD过程，钢中的酸溶Al减少，与渣中的SiO2，FeO，MnO，Cr2O3反应，减少了渣中的SiO2，FeO，MnO，Cr2O3,增加了钢中Si、Mn、Cr，增加了渣中的Al2O3,另外渣中的Al2O3增加，还有Al2O3夹杂上浮的原因。
渣钢反应为(1)、(2)、(8)、(9)，经计算分别使钢液升温0.09 ℃、1.36 ℃、1.21 ℃、0.12 ℃。
成渣反应为(11)，经计算使钢液温度升高 0.01 ℃。
此阶段使钢液升温2.78 ℃，过程时间为28 min，升温速度为0.09 ℃/min，相对60 t钢包真空过程平均温降1.4～1.7 ℃/min［5］完全可以忽略。
4 结论(1) 定量地分析了渣钢反应热及成渣热对钢液温度的影响，认为出钢过程影响最大，其次是脱S合金化过程，VD过程影响最小。
(2) 各阶段成渣热虽然对钢液温度有影响，但相对各阶段其它因素造成的钢液温降极小，完全可以忽略。
作者简介：李晶，男，32岁，讲师，1999年毕业于北京科技大学钢铁冶金专业，获博士学位。
从事二次精炼。
作者单位：李晶傅杰王平(北京科技大学，北京 100083) 黄成钢李铮易继松(大冶特殊钢股份有限公司)参考文献1 Wolfgang Hoppmann,Franz N Fett.Energy Balance of a Ladle Furnace. MPT, 1989,(3):432 彼格耶夫 A M. 炼钢过程的数学描述与计算.宗联枝译.北京：冶金工业出版社，1988.553 陈家祥.炼钢常用图表数据手册.北京：冶金工业出版社，1984.5364 邱玲慧，于学斌，喻淑仁.钢水升温发热剂的试验研究.炼钢，1997，(2)：315 蒋国昌.纯净钢用二次精炼.上海：上海科学技术出版社，19966 李晶，傅杰，王平.钢包吹氩引起的钢水温降分析.炼钢，1998，14(5)：46。
